OUV- Flugzeug, ein Entwurf D-MOUV

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OUV- Flugzeug, ein Entwurf
D-MOUV
Dr. Eberhard Bugiel
Münchehofer Weg 75
15374 Müncheberg
0511 762 4226, 033432 916634
bugiel@mbe.uni-hannover.de
Vorbemerkungen
•
Der eingereichte Entwurf verfolgt das Ziel am unteren Ende der
dreiachsigen Sportfliegerei ein attraktives Angebot zu machen, um neue
und insbesondere auch jüngere Mitglieder zu gewinnen.
•
Dabei soll dieser Einstieg kostengünstig und unkompliziert zum eigenen
Flugzeug führen.
•
Die ambitionierte Zielstellung ist dabei mit < 15 000 € auszukommen (ohne
Motor). Die Gesamtkosten müssen kleiner sein als der günstigste ULBausatz, die Kosten für Bauunterlagen und Zulassung deutlich kleiner als
Pläne mit Musterzulassung wie z.B. für KIEBITZ, VAGABUND und ASSOV.
•
Es gibt im Augenblick in Deutschland im UL-Bereich keinen preiswerten
musterzugelassenen Bausatz und keine Pläne mit Musterzulassung die
dem eingereichten Entwurf entsprechen. Eine technisch ähnliches
Flugzeug ist die PIONEER200, die es als Bausatz mit Musterzulassung ab
26 000 € gibt (ohne Motor, ohne Rettung, ohne Instrumente, ohne Funk,
ohne Optionen). Für die ASSO V gibt es Pläne mit Musterzulassung (nur
450 kg) für 2000 €. Hierbei handelt es sich allerdings um eine deutlich
anspruchsvollere Konstruktion (Trapezflügel, Einziehfahrwerk, ...). Der
Entwurf würde also noch eine „Marktlücke“ füllen können.
Dr. Eberhard Bugiel, Oktober/November 2011
Vorbemerkungen
•
Der Weg ist für den Erbauer nur dann unkompliziert, wenn die
Musterzulassung bei der OUV liegt, und damit keine Einzelzulassung
erforderlich ist!
•
Die entscheidende Voraussetzung für den Erfolg eines OUV-Flugzeuges
wird daher im Vorliegen einer UL- Musterzulassung bei der OUV gesehen!
Es gibt viele schöne (Holz-) Konstruktionen für D-E... , es macht wenig
Sinn diesen nur eine weitere hinzuzufügen.
•
Die Lösung wird in einem doppelsitzigen ultraleichten Tiefdecker aus Holz
gesehen. Ein Einsitzer kann in der zu erwartenden 120 kg- Klasse leicht
abgeleitet werden.
•
Umgesetzt wird das mit klassischem Holzflugzeugbau, wie er seit
Jahrzehnten erfolgreich insbesondere im Selbstbau zur Anwendung
kommt.
•
Auch Umweltaspekte sprechen für diese Werkstoffwahl.
Vorbemerkungen
•
Bei dem Entwurf handelt es sich um ein ultraleichtes Flugzeug, das
leistungsmäßig im Vergleich zwischen Mittelklasse und High- End liegt,
also etwa zwischen C42 und CT. Damit ist komfortables zweisitziges
Fliegen mit 160 bis 180 km/h bei einem Verbrauch von 12 bis 14 l/h und
einer Reichweite von 700 km unter Einhaltung der MTOW möglich, was bis
heute im Bereich der M-Klasse, und nicht nur dort, keine
Selbstverständlichkeit ist. Die D-MOUV kann optisch ansprechend gestaltet
werden, muss also kein hässliches Entlein sein!
•
Das konzipierte ultraleichtes Flugzeug bietet aber das Potential relativ
leicht auch ein leistungsfähigeres E-Klasse-Flugzeug abzuleiten (kleinere
und schnellere und kleinere Trapezfläche und stärkerer Motor, z.B. R912S).
•
Der vorliegende Entwurf versteht sich nicht als vollständig fertige
Konstruktion. Es ist wünschenswert, wenn Erfahrungen, Vorschläge und
Ideen anderer OUV-Mitglieder diesen Entwurf verbessern würden. Die
eingefügten Skizzen sollen nur der Veranschaulichung der Vorstellungen
dienen. Alle für die Aerodynamik und den Baubeginn wesentlichen
Abmessungen sind aber definiert, so dass mit dem Bau einzelner Teile wie
z.B. Ruder und Klappen kurzfristig begonnen werden könnte.
Vorbemerkungen, Erfahrungen
•
Der Autor fliegt seit 17 Jahren ultraleichte Flugzeuge (ca. 750 Fugstunden).
•
In dieser Zeit wurden von ihm zwei Flugzeuge gebaut:
- SAVANNAH von ICP, ein Blechflugzeug aus einem Bausatz
- P130UL nach Plänen von Pottier, ein Holzflugzeug. Dabei wurden
eigenständige konstruktive Lösungen für Klappensteuerung, gelenktes und
gefedertes Bugrad und Cockpit-Haube gefunden, realisiert und erprobt. Die
P130UL fliegt mit VVZ seit 3 Jahren.
•
Weiter wurde eine geschlossene RANS S12, eine Rohr-Tuch-Konstruktion,
neu aufgebaut, eingeschlossen waren dabei das Bespannen der
Tragflächen, der Wechsel des Hauptrohres, die Überholung des Motors und
die Verglasung.
•
In seinem Besitz waren weiter eine RANS S6 und ein ALBATROS, beides
Rohr-Tuch-Konstruktionen.
•
Erfahrungen mit diesen verschiedenen Bauweisen liegen daher vor.
Vorbemerkungen, Vorbilder
•
Der Autor hat sich im Rahmen der Erarbeitung dieses Entwurfes folgende
Holzkonstruktionen näher angesehen:
Pioneer 300
Vidor,
Italien, Bausatz mit Zulassung in BRD,
www.pioneer300.de/
Pioneer 200
Vidor,
Italien, Bausatz mit Zulassung in BRD,
www.pioneer300.de/
Asso V
Vidor,
Italien, Pläne mit Zulassung in BRD,
Asso VI
Vidor,
Italien, Pläne,
P130 UL
Pottier, Frankreich, Pläne, eigene Maschine,
Minicap
Frankreich, 1948 !
Argo 02
UDSSR, 1987
JPM 03 Loiret
Frankreich, Pläne RSA,
flugplatz-zeiling.de/AssoV.htm
http://www.homebuilt.org/kits/littner/littner.html
www.schwarzfritz.de/
http://jpm03loiret.free.fr/
Jodel D195 Joly+Delemontez, Frankreich, Pläne, http://www.avionsjodel.com/ http://www.jodel.com/
F11E
(Joly+Delemontez), Kanada, Pläne
http://www.falconaravia.com/
ULM PATAPLUME 2
Frankreich, Pläne
http://sarllegeraviation.free.fr/
JUNKA UL
Frankreich, Fertigflugzeug
http://www.junkersprofly.fr/
Vorbemerkungen, Vorbilder
KR2
CHERRY BX2
Max Brändli
USA, Pläne, Bausatz
http://www.fly-kr.com/
Schweiz, Pläne,
http://www.bx-2.de/
CJ-1 Starlet
USA, Pläne
The Ultra Baby
USA, Pläne
-
Ein Teil der älteren Pläne stammt aus der Sammlung von OUV- Mitglied Albert
Seufert, dafür vielen Dank.
-
Zu Dank bin ich auch meinem Sohn Alexander Bugiel (Dipl.- Ing. für Luft- und
Raumfahrt) für die Hilfe und kritische Durchsicht dieses Entwurfes
verpflichtet.
-
Bei der Erarbeitung habe ich mich auch auf folgendes Buch gestützt :
Flugzeugentwurf
Neue flugtechnische Reihe: Band 4
Friedrich Müller, Dieter Thomas
ISBN-13: 9778-3-931776-19-0 (ISBN-10: 3-931776-19-0)
Entwurfssystematik, Aerodynamik, Flugmechanik und Auslegungsparameter kleiner
Flugzeuge
Eine sehr umfangreiche Aufstellung von Bezugsquellen gibt es hier:
http://assov.xobor.de/t11f3-Lieferanten.html
Einzureichende Unterlagen 1
•
Maßstäbliche Dreiseitenansicht
•
Übersicht des Cockpit-Bereiches mit Sitzposition der Insassen
•
Datenblatt
•
Übersicht über die Hauptstrukturelemente
•
Übersicht über die Steuerung
•
Sytem-Schemata (Kraftstoff, ...)
•
Vorschlag für den Antrieb und Einbau des Antriebes
•
Abschätzung der Steigrate, der Geschwindigkeit des besten Steigens
und der Horizontalfluggeschwindigkeit bei maximaler Dauerleistung.
•
V-n-Diagramm für Manöver und Böen
•
Abschätzung der Leermasse und des Leermassenschwerpunktes
•
Massen-Schwerpunktsdiagramm
Einzureichende Unterlagen 2
•
Abschätzung des Neutralpunktes bei festgehaltenem und
losgelassenem Höhenruder
•
Beschreibung des Fertigungskonzeptes unter Berücksichtigung des
privaten Selbstbaus
•
Beschreibung eines Geschäftsmodells Realisierung des OUVFlugzeuges, einschließlich Entwicklung, Bau des Prototypen,
Erprobung und Erstellung der Unterlagen zum Nachbau
Maßstäbliche Dreiseitenansicht
2,30 m
1,40 m
1,15 m
5,80 m
1,80 m
2,44m 8 m
1,23 m
2,23 m
0,80 m
0,95 m
0,23 m
5m
Ansicht
Übersicht des Cockpit-Bereiches mit Sitzposition der Insassen
- Die Abmessungen des Cockpits sind recht großzügig und liegen im Klassendurchschnitt (z.B. Breite: CT = 125 cm, Rans S12 und Savannah = 100 cm.
- Die Sicht ist wie in vergleichbaren Tiefdeckern sehr gut.
Max. Rumpfhöhe120
90
130
110
Datenblatt
Tiefdecker mit Kreuzleitwerk als Holzkonstruktion mit gelenktem und gefedertem Bugrad
Reichweite
700 km
Verbrauch
12 ... 14 l/h
Spannweite
8m
Flügelprofil
NACA 4415
Flügelfläche
9,70 m2
Länge
5,80 m
Max. Abflugmasse
472,5 kg
Leermasse
max. 272,5 kg
Max. Höchstgeschwindigkeit
215 km/h (200 km/h Zulassung ohne Flattertest ?)
Manövergeschwindigkeit
160 km/h
Geschwindigkeit bei max. Leistung
200 km/h
Mindestgeschwindigkeit
65 km/h
Antrieb
ROTAX912UL, 80PS
•
Die rechteckigen Tragflächen sind klassisch aufgebaut. Sie bestehen
aus einen kastenförmigen Hauptholm und einem Hilfsholm an dem
die Klappen und Querruder über Scharniere angebracht sind.
•
Das gewählte Profil ist unkritisch und ermöglicht eine einfache
Fertigung auf einer ebenen Unterlage.
•
Die Tragflächen verfügen über Winglets. Diese werden aus Sperrholz
aufgebaut (P130UL, E. Bugiel). Eine Lösung in GFK/CFK ist auch
möglich.
•
Die Holmstummel sind in der Mitte des Rumpfes mittels Al-Laschen
verbunden (vergleiche PIONEER300, ASSOV).
Tragfläche von oben und hinten
Tragfläche im Wurzelbereich
Tragfläche im Bereich der Querruder
•
Der Rumpf wird aus zwei gitterförmigen Seitenteilen aufgebaut, die über
Leisten und Spanten miteinander verbunden und verstrebt werden.
•
Der runde Rumpfrücken wird von einer oder zwei, dann geschäfteten,
Abwicklungen von Sperrholz gebildet.
•
Die Haube der Kanzel wird aus drei 2 mm-Polycarbonat-Scheiben jeweils
als Abwicklungen aufgebaut. Die beiden äußeren Scheiben sind auf einen
Holzrahmen geschraubt und bilden die Türen. Damit wird schon eine recht
gute Annäherung an eine sphärische Haube erreicht und es werden
erheblich Kosten gespart. Die Rahmen werden am und mit dem Rumpf
gebaut und später getrennt. Die gebauten Türen sind über Scharniere am
Rumpf befestigt und öffnen nach vorn oben (vergleiche RANS S12).
•
Positive Nebeneffekte der gewählten Kanzelkonstruktion sind der
Überrollschutz und die einfache Verlegung der Gurte des
Rettungssystems. Darüber hinaus entsteht zusätzlicher Platz für Bedienund Anzeigeelemente im oberen Blickfeld des Piloten.
•
Die Cowling entsteht als Abwicklung aus Sperrholz (P130UL, E. Bugiel).
Eine Lösung in GFK/CFK ist ebenfalls möglich, gegebenenfalls nach
Abformung.
Seitenteile des Rumpfes
l/4: 343 cm
•
Die Ruder und Klappen werden ganz klassisch aus Sperrholz und
Leisten hergestellt und bespannt. Ihre Dimensionierung entspricht
der P130UL.
•
Die Querruder werden differenziert angesteuert.
•
Bei den Klappen handelt es sich um einfache Wölbklappen.
•
Auch das Seitenruder ist über Scharniere einseitig an der
Seitenruderflosse befestigt (Vorbild SONEX) und wird mit dem Ziel
einer möglichst steifen Auslegung über Stangen angesteuert.
Höhenruder
•
Das Fahrwerk ist ein Dreibeinfahrwerk mit gelenktem Bugrad. Die
Radverkleidungen können aus Sperrholz gefertigt werden (E. Bugiel, P130UL).
•
Die Schwingen des Hauptfahrwerkes sind aus Esche oder Birke laminiert. Die
Räder des Hauptfahrwerkes sind gebremst (z.B. Fahrradscheibenbremsen).
•
Das Bugrad ist z.B. über Gummiseile gefedert (Vorbild SAVANNAH von ICP).
oder
oder
Laminiertes
Furnier
(Esche) oder
laminiertes
Sperrholz
(Birke)
Gummiseil
Stahlfeder
Übersicht über die Steuerung
•
Mit Ausnahme der Höhenrudertrimmung werden keine Seile oder
Seilzüge verwendet, nur Schubstangen (steife Ansteuerung der Ruder
gegen Flattern)!
•
Zwischen den Sitzen befindet sich eine Y-Steuerung.
•
Die Klappen werden mechanisch gefahren. Der Hebel befindet sich
vor dem Pilotensitz zwischen den Beinen des Piloten (vergleiche
SAVANNAH von ICP) oder links an der Bordwand neben dem Piloten.
Sytem-Schemata (Kraftstoff)
•
Das Kraftstoffsytem umfasst den oder die Tanks, Kaftstofffilter,
Brandhahn, Vor- und Rückleitung, eine zuschaltbare Hilfspumpe (aus
dem Automobilbereich) und Vorratsanzeige .
•
Als Tank können Kfz-Tanks oder geeignete Benzinkanister zum Einsatz
kommen (siehe z.B. C42). Diese befinden sich hinter den Sitzen
•
Die Vorratsanzeige wird durch ein einfaches Steigrohr gebildet.
Sytem-Schemata (Instrumentierung)
•
Die Instrumentierung umfasst neben dem Funk die UL-Mindestaurüstung
(Geschwindigkeit am Stau, barometrische Höhe, Kompass) zuzüglich
Variometer. Für die Anzeige der wichtigsten Motorbetriebsdaten
(Drehzahl, Wassertemp., Öltemp. und Öldruck gibt es einfache Lösungen
aus dem Automobilbereich oder leichte elektronische Kombiinstrumente.
•
Der Motor ist der teuerste Einzelposten und seine Wahl bestimmt damit in
besonderer Weise die Gesamtkosten. Obwohl es immer wieder scheinbar
günstigere Lösungen gibt, führen auch eigene Erfahrungen zur
Schlussfolgerung: Keine Experimente!
•
Deshalb ROTAX 912 UL mit 80 PS, später könnten andere Motoren im
Rahmen einer erweiterten Musterzulassung zum Einsatz kommen.
•
Der ROTAX 912 UL hat sich bewährt und ist auch gebraucht zu haben.
•
Es sind kaum Kühlungsprobleme zu erwarten, wie das bei ausschließlich
luftgekühlten Motoren oft der Fall ist (eigene Erfahrungen).
•
Der Einbau erfolgt in ganz klassischer Weise über einen Motorträger. Für
den Einbau gibt es viele Vorbilder.
•
Eine Lösung unter Benutzung des Hilfsträgers von ROTAX ist zu
favorisieren, dabei wird der Motor von hinten gehalten.
•
Als Propeller kommen viele Modelle in Frage. Eigene, gute Erfahrungen
liegen für den IVOPROP vor. Dieser ist leicht, preiswert und er bietet die
Möglichkeit der nachträglichen Erweiterung auf einen Verstellpropeller.
Position des ROTAX 912UL,
Draufsicht
Steigrate, Geschwindigkeit des besten Steigens , Horizontalfluggeschwindigkeit bei maximaler Dauerleistung
•
Diese Abschätzungen beruhen auf dem Vergleich mit aerodynamisch sehr
ähnlichen UL-Flugzeugen und gleicher Motorisierung, wie z.B. Eurostar
oder Pioneer200:
•
Steigrate bei MTOW
•
Geschw. des besten Steigens
110 km/h
•
Horizontalfluggeschw. bei max. Dauerleistung
190 km/h (5500 1/min)
5 m/s
V-n-Diagramm
4g
3g
2g
Klappen
vA
vNE
1g
vS0 vS1
0
50
100
150
200
-1 g
-2 g
250 km/h
Leermasse und Leermassenschwerpunkt
•
Die angestrebte Leermasse von 272,5 kg ist eine Herausforderung!
•
Eigene Berechnungen und vergleichbare Flugzeuge zeigen aber die
Realisierbarkeit. Die vergleichbare Pioneer200 lässt sich beispielsweise
unter diesem Limit bauen.
•
Der Schwerpunkt muss zwischen 20 und 34 % der Flügeltiefe liegen,
gemessen von der Flügelvorderkante, d.h. zwischen 246 mm und 418 mm.
•
Der Bereich für den Leermassenschwerpunkt lässt sich noch nicht genau
angeben da die Konstruktion noch nicht abgeschlossen ist und damit die
endgültige Massenverteilung noch nicht festliegt, z.B. Größe und Form
der oder des Tanks. Da ein großer Teil der Zuladung hinter dem Holm
erfolgt muss der Leermassenschwerpunkt deutlich weiter vorn liegen,
also etwa wie folgt:
Bezugsebene:
Flügelvorderkante
Flugzeuglage:
Flugzeugslängsachse = Haubenrahmen waagerecht
Größte Vorlage:
200 mm
Größte Rücklage: 245 mm
Massen-Schwerpunktsdiagramm
voller
Tank
472,5 kg
leerer
Tank
voller
Tank
Zuladung
2 Passagiere
Zuladung
372,5 kg
1 Passagier
leerer
Tank
272,5 kg
20 %
20 %
30 %
34 %
Neutralpunkt bei festgehaltenem und losgelassenem
Höhenruder
-
Für einen stabilen Flug muss der Flugzeugneutralpunkt hinter dem
Schwerpunkt liegen.
-
Da es sich um ein kleines Flugzeug handelt bei dem die Möglichkeiten
der Beladung recht überschaubar sind, können die Positionen von
Neutralpunkt und Schwerpunkt auch am (fast) fertigen Flugzeug noch
im Rahmen der Erprobung justiert werden.
-
Dazu können die Positionen von Batterie und Rettungssystem über
weite Bereiche verändert werden.
-
Auch eine leichte Änderung des negativen Anstellwinkels des
Höhenleitwerkes wäre bei der gewählten Konstruktion leicht im
Rahmen der Flugerprobung durchzuführen.
Fertigungskonzept für den privaten Selbstbau
•
Für den privaten Selbstbau reicht eine normale PKW-Garage.
•
Es handelt sich um eine klassische Holzkonstruktion mit einem
rechteckigen Rumpfunterteil und einfachen Rechteckflügeln (NACA4415).
•
Damit ist keine große Helling erforderlich, sondern nur ein ebener Tisch
von ca. 4,5m X 1m. Die Tragflächen werden darauf liegend zwischen Hauptund Hilfsholm aufgebaut (glatte Unterseite ab Hauptholm, da NACA4415).
Auf diesem Tisch werden auch die Seitenteile des Rumpfes gebaut.
•
Klappen und Ruder benötigen ebenfalls nur eine glatte Unterlage.
•
Nur kleine Vorrichtungen sind notwendig (Rippen, Motorträger,
Fahrwerksschwingen, Pedale, Y-Steuerknüppel, Bugradführung),
•
Diese Vorrichtungen und Schablonen sind zur Nachnutzung geeignet und
vorgesehen.
•
Nur wenige Schweißarbeiten sind erforderlich (Motorträger, Pedale,
Bugradführung, Y-Steuerknüppel).
•
Es sind darüber hinaus nur wenige Teile mechanisch zu fertigen, da für fast
alle beweglichen Verbindungen Scharniere und Kugelgelenke verwendet
werden.
•
Das Flugzeug wird überwiegend aus einigen wenigen Leistenarten
und Sperrholzstärken aufgebaut: 4x5, 7x10, 15x15, 8x80, und 0,8mm,
1,2mm, 2mm, 4mm.
•
Es ist zu prüfen, welche möglichst einheimischen Holzarten
verwendet werden können (Kiefer, Fichte?)! Muss Spruce wirklich
sein? Die Festigkeit ist natürlich nachzuweisen.
•
Es müssen keine Teile aus GFK/CFK gebaut werden!
•
Alle vorgeschlagenen Detail-Lösungen verfolgen konsequent das Ziel
sowohl Kosten als auch Gewicht zu sparen, ohne Abstriche bei der
Leistung und Optik machen zu müssen! Selbstverständlich sind auch
andere Lösungen möglich (Doppelsteuer, CFK/GFK für Cowling,
Winglets, AL-Hauptfahrwerksbeine, Radverkleidungen, Formteile für
Übergange, ...), die dann in der Regel teurer, aufwendiger und
schwerer sind. In wie weit das im Rahmen der Musterzulassung
erfolgen kann, wäre zu klären. Cowling, Winglets und Radverkleidungen des Prototypen könnten aber als Modell abgeformt
werden und so der Herstellung von Formen dienen.
Hilfsholm
Hauptholm
Geschäftsmodell: Realisierung des OUV-Flugzeuges 1
•
Das OUV-Flugzeug kann nur Ergebnis gemeinsamer Anstrengungen in
der OUV sein!
•
Nur eine Gruppe noch zu gewinnender „Mitkämpfer“ wird in der Lage sein
ein OUV-Flugzeug auf die Beine zu stellen. Hierzu muss eine intensive
Öffentlichkeitsarbeit erfolgen (z.B. „Flügel der Welt“, Messen ...).
•
Vielleicht können auch einzelne Leistungen ausgeschrieben werden, z.B.
für Studenten.
•
Die in der OUV vorliegende Kompetenz muss dafür erschlossen werden.
Das Ergebnis sollte wie folgt aussehen:
-
Zeichnungssatz
Rechte liegen bei der OUV
-
Baubeschreibung
-
Verkehrszulassung
-
Prototyp
Eigentum E. Bugiel, Abformungen möglich
-
Vorrichtungen
Eigentum E. Bugiel, werden kostenlos verliehen
Geschäftsmodell: Realisierung des OUV-Flugzeuges 2
Arbeitspakete wären:
-
Entwurf, Konstruktion, Bau
E. Bugiel (eigener Hangar mit Werkstatt), Beratung OUV. Der zur Verfügung stehende Zeitfond beträgt
etwa 800 h/a. Für den Bau des
Prototypen werden zwei Jahre
veranschlagt.
-
Festigkeit, rechnerisch
OUV
-
Belastungstest
-
Zeichnungssatz
Baubeschreibung
Vorgaben durch OUV, Durchführung
E. Bugiel
z.B. Aufträge OUV
E. Bugiel
-
Vorläufige Verkehrszulassung
OUV
-
Fliegerische Erprobung
E. Bugiel, OUV
-
Lärmprüfung
OUV
-
Verkehrszulassung
OUV

OUV- Flugzeug, ein Entwurf D-MOUV

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